南京農業大GenomeBiology構建世界首個植物重復基因數據庫

　　以往的研究發現，有的植物有復制自己基因的功能，即通過不同類型復制方式產生一個與原基因序列相同的新基因。基因復制產生的兩個同源基因稱為重復基因或“姊妹基因”。近年來，隨著測序技術的不斷升級和測序成本的大幅度降低，越來越多的植物基因組被破譯。

　　植物在千百年的進化中，怎樣變得越來越多姿多彩？一個重要因素，就是植物會復制自己基因，豐富自己的基因庫數量。多了自己的“同胞胎”兄弟姐妹，基因在生物體中就“聲勢壯大了”，團結起來力量大，不僅能抵御外界復雜多變的環境，還能增加進化變異的機會，實現物種分化和多樣性。

　　以往的研究發現，有的植物有復制自己基因的功能，即通過不同類型復制方式產生一個與原基因序列相同的新基因。基因復制產生的兩個同源基因稱為重復基因或“姊妹基因”。近年來，隨著測序技術的不斷升級和測序成本的大幅度降低，越來越多的植物基因組被破譯。

　　目前已經完成全基因組測序的植物超過200種，包括單細胞綠藻，苔蘚類植物，蕨類植物，裸子植物以及被子植物。然而，目前仍缺乏一個具有廣泛適用性的鑒定不同種類植物重復基因的方法。

　　來自南京農業大學園藝學院的研究人員發表了題為“Gene duplication and evolution in recurring polyploidization–diploidization cycles in plants”的文章，系統鑒定了梨等141種植物基因組中不同類型重復基因，構建了世界首個植物重復基因數據庫，揭示了重復基因進化的普遍規律。

　　這一研究成果公布在Genome Biology雜志上，南京農業大學為第一完成單位，文章第一作者為喬鑫，通訊作者為南京農業大學張紹鈴教授和美國佐治亞大學Andrew H.Paterson教授。

　　此前，這一研究組系統鑒定梨基因組中重復基因的基礎上，開發了一個具有普遍適用性的生物信息學方法（命名為DupGen_finder），用于鑒定植物界中不同種類植物基因組中的重復基因。

　　在此基礎上，研究人員深入分析141種植物基因組中重復基因含量隨時間變化規律發現，基因串聯復制和鄰近復制在植物漫長的進化過程中始終保持較高的發生頻率，為植物適應復雜多變的外界環境提供了源源不斷的遺傳變異材料。同時該研究還揭示，基因組加倍發生后的較短時間內，重復基因之間發生高頻率的基因置換（geneconversion），隨著時間的推移，重復基因之間會發生廣泛的時空表達分化。最后，利用141種植物基因組中包含的所有蛋白序列構建了大規模的植物直系同源基因家族（86,831）。

　　此外，研究人員還通過大規模收集整合國內外植物基因組數據資源，構建了世界首個植物重復基因數據庫（PlantDGD，http://pdgd.njau.edu.cn:8080），目前已收錄141種完成基因組測序的植物，包含大豆、水稻、小麥、玉米等大宗糧食作物，以及梨、桃、葡萄、蔬菜、花卉等園藝作物，并將拓展為植物相關的所有類別。該數據庫將為深入研究重復基因的進化機制提供寶貴的數據資源。

　　張紹鈴教授領銜的南京農業大學梨工程技術研究中心主要從事梨種質資源與遺傳育種，梨自交不親和性機理，基因組與功能基因，品質形成機制與調控等方面的研究。已在Genome Biology、Genome Research、Plant Cell、Plant Journal和NewPhytologist等國際著名期刊上發表了多篇高水平研究論文，其中一篇論文入選ESI高被引論文，得到了國內外同行的高度關注和認可。